Enantioselective dioxygenase-catalysed formation and thermal racemisation of chiral thiophene sulfoxides

Substituted chiral thiophene 1-oxides and their cycloadducts of variable enantiopurity have been isolated as products of dioxygenase-catalysed sulfoxidation of the corresponding thiophenes using intact cells of Pseudomonas putida; thermal racemization (Delta G(double dagger) = 25.1 kcal mol(-1)) of the enantiopure metabolite (1R)-2-methylbenzo[b]thiophene 1-oxide has been observed.

ENANTIOSELECTIVE BACTERIAL BIOTRANSFORMATION ROUTES TO CIS-DIOL METABOLITES OF MONOSUBSTITUTED BENZENES, NAPHTHALENE AND BENZOCYCLOALKENES OF EITHER ABSOLUTE-CONFIGURATION

Enzyme-catalysed kinetic resolution and asymmetric dihydroxylation routes to enantiopure cis-diol metabolites of arenes and benzocycloalkenes of either absolute configuration have been developed using appropriate strains of the bacterium Pseudomonas putida.

An enantioselective imprinted receptor for Z-glutamate exhibiting a binding induced color change

Using 1-(4-styryl)-3-(3-nitrophenyl)urea as host monomer for the imprinting of Z-(D or L)-Glu, a polymeric receptor exhibiting strong enantioselectivity and a change in color intensity upon binding of the guest was obtained.

Enantioselective Assembly of a Ruthenium(II) Polypyridyl Complex into a Double Helix

Evolution can increase the complexity of matter by self-organization into helical architectures, the best example being the DNA double helix. One common aspect, apparently shared by most of these architectures, is the presence of covalent bonds within the helix backbone. Here, we report the unprecedented crystal structures of a metal complex that self-organizes into a continuous double helical structure, assembled by non-covalent building blocks. Built up solely by weak stacking interactions, this alternating tread stairs-like double helical assembly mimics the DNA double helix structure. Starting from a racemic mixture in aqueous solution, the ruthenium(II) polypyridyl complex forms two polymorphic structures of a left-handed double helical assembly of only the Λ-enantiomer. The stacking of the helices is different in both polymorphs: a crossed woodpile structure versus a parallel columnar stacking.

Towards the enantioselective synthesis of lycoricidine alkaloids /

Two efficient, regio- and stereo controlled synthetic approaches to the synthesis of racemic analogs of pancratistatin have been accomplished and they serve as the model systems for the total synthesis of optically active 7-deoxy-pancratistatin. In the Diels-Alder approach, an efficient [4+2] cycloaddition of 3,4-methylenedioxyco- nitrostyrene with Danishefsky's diene to selectively form an exo-nitro adduct has been developed as the key step in the construction of the C-ring of the target molecule. In the Michael addition approach, the key step was a conjugate addition of an organic zinc-cuprate to the 3,4-methylenedioxy-(B-nitrostyrene, followed by a diastereocontroUed closure to form the cyclohexane C-ring of the target molecule via an intramolecular nitro-aldol cyclization on a neutral alumina surface. A chair-like transition state for such a cyclization has been established and such a chelation controlled transition state can be useful in the prediction of diastereoselectivity in other related 6-exo-trig nitroaldol reactions. Cyclization of the above products fi^om both approaches by using a Bischler-Napieralski type reaction afforded two lycoricidine derivatives 38 and 50 in good yields. The initial results from the above modeling studies as well as the analysis of the synthetic strategy were directed to a chiral pool approach to the total synthesis of optically active 7-deoxy-pancratistatin. Selective monsilylation and iodination of Ltartaric acid provided a chiral precursor for the proposed key Michael transformation. The outlook for the total synthesis of 7-deoxy-pancratistatin by this approach is very promising.A concise synthesis of novel designed, optically pure, Cz-symmetrical disulfonylamide chiral ligands starting from L-tartaric acid has also been achieved. This sequence employs the metallation of indole followed by Sfj2 replacement of a dimesylate as the key step. The activity for this Cz-symmetric chiral disulfonamide ligand in the catalytic enantioselective reaction has been confirmed by nucleophilic addition to benzaldehyde in the disulfonamide-Ti (0-i-Pr)4-diethylzinc system with a 48% yield and a 33% e.e. value. Such a ligand tethered with a suitable metal complex should be also applicable towards the total synthesis of 7-deoxy-pancratistatin.

The Use of Ipso-dihydrodiols Enzymatically Derived from Benzoic Acid in Enantioselective Synthesis. Appoaches to Total Synthesis of Vinca Alkaloids

The present studies describe our recent progress in target oriented synthesis of complex organic molecules from aromatic precursors. The latest synthetic approaches toward vinca alkaloids are described and include the construction of model substrates for the investigation into Diels-Alder, radical cascade, and tandem Michael addition reactions as possible routes to the family of alkaloids. Also described are the chemoenzymatic syntheses of the natural product (-)-idesolide and unnatural polyhydroxylated pyrrolidines generated from the biotransformation of benzoic acid with Ralstonia eutropha B9.

Racemic and Enantioselective Total Syntheses of Mosquito Oviposition Pheromone from a Naturally Available Unsaturated Fatty Acid

The unnatural threo-6-acetoxy-5-hexadecanolide and the natural mosquito oviposition pheromone erythro-6-acetoxy-5-hexadecanolide were synthesized in a diastereodivergent fashion in 44% and 33% overall yield respectively from 5-bromovaleric acid and undecanal. The key step utilized a chemoenzymatic epoxidation-lactonization of a naturally available fatty acid to form the 6-hydroxy-5-hexadecanolide core.17 The epoxidation strategy was later adapted to allow for an asymmetric synthesis. Shi epoxidation afforded highly enantioenriched (5R, 6R)-6-hydroxyhexadecanolide (er = 10) in 70 % overall yield. Other derivatives of the chiral ketone catalyst were also screened. Finally, attempts were made to obtain the correct stereochemistry at C(6) of the target with a dynamic kinetic transformation using lipase and a transfer hydrogenation catalyst. Epimerization of the lactol with the transfer hydrogenation catalyst was successful, but lipase mediated reactions halted at <10 % conversion.

Sels de tétraarylphosphonium : synthèse et application à la synthèse de la (–)-coniine ; capacité trans-directrice du groupement amide en cyclopropanation d’oléfines

Le développement ainsi que l’amélioration des différentes techniques de purification sont des défis importants pour la chimie d’aujourd’hui. Certaines des méthodes actuelles, tel que le greffage d’un réactif sur un support solide permettant d’accéder à un produit pur par simple filtration du milieu, comportent toutefois certains inconvénients. En effet, les propriétés de solubilité de ces polymères rendent la mise en œuvre des réactions plus difficiles. C’est dans ce contexte que le groupe du Pr. Charette a rapporté l’utilisation de réactifs liés à un sel de tétraarylphosphonium (TAP). Ces sels peuvent être solubilisés dans un solvant tel que le dichlorométhane et aisément retirés du milieu réactionnel par précipitation à l’aide d’éther diéthylique (Chapitre 1). L’un des objectifs de cette thèse a donc été lié à la découverte de deux méthodes complémentaires qui, jusqu’à présent, sont considérées comme des méthodes de choix pour la synthèse des sels de TAP fonctionnalisés (Chapitre 2). L’une d’entre elles est utilisée par Soluphase inc., une entreprise qui commercialise ces sels de TAP. L’efficacité des sels en tant que support dans la synthèse de petites molécules a été démontrée lors de la synthèse d’un produit naturel, la (–)-coniine (Chapitre 3). L’isolement des intermédiaires synthétiques instables par simple précipitation à l’aide d’un support de TAP a permis de rendre cette synthèse plus efficace que celle déjà connue. Dans le deuxième volet de cette thèse, plusieurs problèmes reliés à la synthèse de dérivés cyclopropaniques 1,1-disubstitués ont été étudiés. Ces derniers font partie intégrale de plusieurs produits naturels et de médicaments. Cependant, leur formation par une réaction de cyclopropanation d’alcènes utilisant des réactifs diazoïques possédant deux groupements de type accepteur n’est pas tâche facile (Chapitre 4). En effet, cette réaction souffre d’un faible contrôle diastéréosélectif. Par le fait même, très peu de méthodologies de synthèse ont rapporté l’utilisation de ce type de réactifs diazoïques dans des réactions de cyclopropanation stéréosélectives. L’étude du mécanisme de la réaction de cyclopropanation catalysée au Rh(II) a proposé des indices favorisant un modèle ayant des précédents dans la littérature (Chapitre 5). Ces études nous ont mené à la découverte de la «capacité trans-directrice» du groupement amide lors des réactions de cyclopropanation d’oléfines. Nous avons donc utilisé cette propriété afin de résoudre plusieurs problèmes rencontrés dans la littérature. Nous avons montré qu’elle permet l’accès à des dérivés cyclopropaniques possédant deux groupements carboxyliques géminaux avec des sélectivités élevées (Chapitre 6). Ces produits étaient accessibles que par des séquences synthétiques nécessitant plusieurs étapes. De plus, nous avons démontrés que ces nouveaux dérivés cyclopropaniques sont des outils synthétiques fort utiles dans la synthèse de produits naturels d’intérêt biologique. Cette formidable «capacité trans-directrice» du groupement amide nous a permi de résoudre le problème de la synthèse asymétrique de dérivés carboxyliques α-cyano cyclopropaniques (Chapitre 7). De plus, ce projet nous a menées à la découverte de l’effet de divers additif achiraux permettant d’augmenter la sélectivité dans certaines réactions. Cette réaction possède une vaste étendue et l’utilité de ces nouveaux dérivés cyclopropaniques a été démontrée par plusieurs transformations de groupements fonctionnels.

Synthèse diastéréosélective et énantiosélective de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués à l’aide de carbénoïdes gem-dizinciques

Les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés sont des composés intéressants dans de nombreux domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse, tout d’abord diastéréosélective puis énantiosélective de ces composés. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’utilisation de la zinciocyclopropanation pour l’obtention de ces dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés. Cette méthode consiste en l’utilisation d’un carbénoïde gem-dizincique pour effectuer une réaction de type Simmons-Smith. Cette stratégie a l’avantage d’être diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur qu’est l’oxygène allylique basique. Lors de cette réaction, l’existence d’une réaction compétitive avec un réactif monozincique diminuait l’utilité de la zinciocyclopropanation. L’issue de la réaction s’est avérée dépendre fortement de la nature du carbénoïde utilisé, de la température réactionnelle et de la présence de ZnI2 dans le milieu. L’étude par GCMS de nombreuses conditions pour la formation des différents carbénoïdes a permis d’identifier les paramètres clés conduisant à la zinciocyclopropanation. Ces découvertes ont notamment permis d’étendre la réaction de zinciocyclopropanation aux alcools allyliques portant un seul groupement directeur (ie. non dérivé du 1,4-buténediol). Dans ces conditions, la réaction s’est avérée extrêmement diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur. Afin de fonctionnaliser les zinciocyclopropanes ainsi obtenus, plusieurs réactions de fonctionnalisation in situ ont été développées. Chacune de ces méthodes a montré une conservation totale de la diastéréosélectivité obtenue lors de la réaction de zinciocyclopropanation. La versatilité de la zinciocyclopropanation a donc été démontrée. Avec une méthode diastéréosélective efficace pour la formation de zinciocyclopropanes à partir d’alcools allyliques ne portant qu’un seul groupement directeur, il est devenu possible d’envisager le développement énantiosélectif de la réaction. L’utilisation d’un dioxaborolane énantiopur a permis la zinciocyclopropanation avec de très bons excès énantiomères de divers alcools allyliques chiraux. La présence sur la même molécule d’un lien C–Zn nucléophile est d’un atome de bore électrophile a conduit à un échange bore-zinc in situ, formant un cyclopropylborinate énantioenrichi. La formation de ce composé bicyclique a permis d’obtenir une diastéréosélectivité parfaite. De nombreux alcools allyliques ont pu ainsi être convertis en cyclopropylborinates. Une réaction de Suzuki subséquente a permis la formation de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-trisubstitués avec de très bons excès énantiomères et une excellente diastéréosélectivité. Les cyclopropylborinates obtenus à l’issue de la zinciocyclopropanation énantiosélective se sont avérés être des unités très versatiles puisque de nombreuses méthodes ont pu être développés pour leur fonctionnalisation.

Synthèse formelle de l’hormaomycine et de la bélactosine A par utilisation d’une réaction de cyclopropanation intramoléculaire catalysée par un complexe de rhodium (II)

Ce mémoire présente trois approches différentes vers la synthèse du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl)alanine, un intermédiaire synthétique de la hormaomycine. Cette molécule naturelle démontre d’intéressantes activités biologiques et pharmacologiques. Il est intéressant de souligner que ce dérivé donne facilement accès au 3–(trans–2–aminocyclopropyl)alanine, unité centrale de la bélactosine A. Ce composé naturel possédant lui aussi d’intéressantes propriétés biologiques, plusieurs études relationnelles structures-activités menant à des dérivés plus actifs de cette molécule ont été entreprises, démontrant l’intérêt toujours présent de synthétiser de façon efficace et optimale ces dérivés cyclopropaniques. Une méthodologie développée au sein de notre groupe de recherche et basée sur une réaction de cyclopropanation intramoléculaire diastéréosélective sera mise à profit afin d’élaborer une nouvelle voie de synthèse aussi élégante qu’efficace à la construction du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl) alanine. En utilisant un carbène de rhodium généré soit par la dégradation d’un dérivé diazoïque, soit par la formation d’un réactif de type ylure d’iodonium, une réaction de cyclopropanation diastéréosélective permettra la formation de deux autres centres contigus et ce, sans même utiliser d’auxiliaire ou de catalyseur énantioenrichis. Ensuite, un réarrangement intramoléculaire précédant deux réactions synchronisées d’ouverture de cycle et de décarboxylation permettront l’obtention du composé d’intérêt avec un rendement global convenable et en relativement peu d’étapes. De cette manière, la synthèse formelle de la bélactosine A et de l’hormaomycine a été effectuée. Cette synthèse se démarque des autres par l’utilisation d’une seule transformation catalytique énantiosélective.

Études vers la synthèse totale du cylindrocyclophane F et Synthèse d’hétérocycles azotés fluorescents

Dans ce mémoire, deux principaux sujets seront présentés. Nos efforts se sont d’abord tournés vers la synthèse du cylindrocyclophane F, un [7,7]-paracyclophane naturel, puis vers l’élaboration d’une nouvelle classe d’hétérocycles fluorescents. Premièrement, la cyclopropanation, une des étapes clés de la synthèse du cylindrocyclophane F, ainsi qu’une nouvelle voie de synthèse passant par une réaction de cyclopropénation ont été revisitées. La possibilité d’employer une méthode de macrocyclisation, incluant une réaction de couplage de Suzuki sur deux centres sp3, a ensuite été étudiée sur un substrat modèle. Deuxièmement, la synthèse de benzo[a]imidazo[2,1,5-c,d]indolizines à partir de N-[(6-bromo-2-pyridinyl)méthyl]benzamides a été développée. Dans un premier temps, le tandem cyclodéshydratation/aromatisation effectué en présence de 2-méthoxypyridine a été optimisé afin d’obtenir la 5-bromo-3-phénylimidazo[1,5-a]pyridine. Puis, une arylation intramoléculaire en présence d’une quantité catalytique d’un complexe de palladium a permis d’obtenir l’hétérocycle fusionné désiré. Les propriétés photochimiques de cette nouvelle classe d’hétérocycles seront aussi présentées.

Enantioselective Intramolecular Michael Addition of Nitronates onto Conjugated Esters: Access to Cyclic γ-Amino Acids with up to Three Stereocenters

A highly stereoselective synthesis of conformationally constrained cyclic γ-amino acids has been devised. The key step involves an intramolecular cyclization of a nitronate onto a conjugated ester, promoted by a bifunctional thiourea catalyst. This methodology has been successfully applied to generate a variety of γ-amino acids, including some containing three contiguous stereocenters, with very high diastereoselectivity and excellent enantioselectivity. It is postulated that an interaction that is key to the success of the process is the simultaneous coordination of the thiourea functionality to both the conjugated ester and the nitronate. Finally, the synthetic utility of these compounds is demonstrated in the synthesis of two dipeptides derived from the C- and N-termini.

Influence of adsorption geometry in the heterogeneous enantioselective catalytic hydrogenation of a prototypical enone

Asymmetric catalysis is of paramount importance in organic synthesis and, in current practice, is achieved by means of homogeneous catalysts. The ability to catalyze such reactions heterogeneously would have a major impact both in the research laboratory and in the production of fine chemicals and pharmaceuticals, yet heterogeneous asymmetric hydrogenation of C═C bonds remains hardly explored. Very recently, we demonstrated how chiral ligands that anchor robustly to the surface of Pd nanoparticles promote asymmetric catalytic hydrogenation: ligand rigidity and stereochemistry emerged as key factors. Here, we address a complementary question: how does the enone reactant adsorb on the metal surface, and what implications does this have for the enantiodifferentiating interaction with the surface-tethered chiral modifiers? A reaction model is proposed, which correctly predicts the identity of the enantiomer experimentally observed in excess.

Development of novel brush-type chiral stationary phases based on terpenoid selectors: HPLC evaluation and theoretical investigation of enantioselective binding interactions

The terpenoid chiral selectors dehydroabietic acid, 12,14-dinitrodehydroabietic acid and friedelin have been covalently linked to silica gel yielding three chiral stationary phases CSP 1, CSP 2 and CSP 3, respectively. The enantiodiscriminating capability of each one of these phases was evaluated by HPLC with four families of chiral aromatic compounds composed of alcohols, amines, phenylalanine and tryptophan amino acid derivatives and beta-lactams. The CSP 3 phase, containing a selector with a large friedelane backbone is particularly suitable for resolving free alcohols and their derivatives bearing fluorine substituents, while CSP 2 with a dehydroabietic architecture is the only phase that efficiently discriminates 1, 1'-binaphthol atropisomers. CSP 3 also gives efficient resolution of the free amines. All three phases resolve well the racemates of N-trifluoracetyl and N-3,5-dinitrobenzoyl phenylalanine amino acid ester derivatives. Good enantioseparation of beta-lactams and N-benzoyl tryptophan amino acid derivatives was achieved on CSP 1. In order to understand the structural factors that govern the chiral molecular recognition ability of these phases, molecular dynamics simulations were carried out in the gas phase with binary diastereomeric complexes formed by the selectors of CSP 1 and CSP 2 and several amino acid derivatives. Decomposition of molecular mechanics energies shows that van der Waals interactions dominate the formation of the diastereomeric transient complexes while the electrostatic binding interactions are primarily responsible for the enantioselective binding of the (R)- and (S)-analytes. Analysis of the hydrogen bonds shows that electrostatic interactions are mainly associated with the formation of N-(HO)-O-...=C enantio selective hydrogen bonds between the amide binding sites from the selectors and the carbonyl groups of the analytes. The role of mobile phase polarity, a mixture of n-hexane and propan-2-ol in different ratios, was also evaluated through molecular dynamics simulations in explicit solvent. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.